“叶绿体中色素的提取和分离”实验的优化

实验是生物学教学必不可少的重要环节。但是在实验教学过程中，常常发现照搬教材的实验步骤往往无法达到预期的实验结果，无法用有力的实验结果说服学生，无法让实验成为帮助学生理解知识的“利器”，反而成为挫败感产生的根源。这违背了设计、安排实验的初衷。优化实验能让学生在生物学概念、规律、原理的指引下，运用科学的研究方法，通过思考、探究、制作、考察、体验等一系列学习活动，获得正确的实验结果与结论，让学生体验学习的成功感，享受实验、热爱学习，促进学生更好地理解和应用基础知识、提高实验能力、形成实事求是的科学态度。

笔者以“叶绿体中色素的提取和分离”为例，探讨优化生物实验教学的一些方法和体会。

一、教材实验值得商榷之处

1.实验材料的选择

人教版教材使用的实验材料为菠菜，菠菜一般具有季节性，且含水量较高，提取时容易稀释提取液，造成提取效果不好，所以使用菠菜进行实验，学生往往分离不出教材所说的四个漂亮的色素带，即使有少数学生分离出四个条带，但不清晰。

2.制备滤纸条

人教版教材没有明确规定所使用滤纸条的规格，在滤纸条一端1cm处用铅笔画一条细的横线，常常会出现层析液没过滤液细线的现象。

3.试剂及其剂量的选择

人教版教材选取5g的绿叶，少量的二氧化硅和碳酸钙，加入10ml的无水乙醇，但是研磨困难，且无水乙醇易挥发，往往出现绿叶还未研磨完全，乙醇已经完全挥发，最后的滤液所剩无几。同时由于研磨不充分，色素提取的效果不好，进而造成层析效果不佳。

4.划滤液细线

人教版教材要求使用毛细吸管吸取少量的滤液，沿着铅笔画出的线均匀地画出一条细线。但是实验过程发现毛细吸管的尖端一旦接触到滤纸很容易晕出一个小圆点，划线过程中极易形成一条粗线，如果划的过快又很容易不齐，用这种方法很难使得滤液细线达到“细、直、齐”的标准。

5.层析液的选择

人教版教材给出的层析液是由20份在60-90℃下分馏出来的石油醚、2份的丙酮和1份的苯混合制成的。但是由于这样的层析液往往毒性强而且容易挥发，实验要求学生等滤液干后再划几次滤液细线，多数学生会选择用嘴吹干的方式，那么在学生可能就会吸入较多的有害气体而造成伤害。而且这样层析出来的滤纸条带不易保存，在学生提交实验报告中如果附上该条带，待老师批阅时已经难以看到颜色。

一、对绿叶中色素的提取和分离实验的优化

1.实验材料的选择

笔者曾尝试用多种植物的叶片进行该实验：合果芋、假连翘、红花酢浆草、木槿叶、女贞叶、菠菜，发现其中合果芋、假连翘、木槿叶效果都非常好（图1为部分材料实验结果）。实验效果的好坏主要取决于取材的时间和植物本身的颜色：选取的绿叶应为新鲜的、颜色墨绿的、表面没有革质或者蜡质覆盖的为佳。新鲜的、墨绿色的叶片，叶绿素的含量高，提取的效果好。叶片表面没有革质或者蜡质覆盖，可以减少研磨的难度。最好是较软、细的叶片，以便于研磨。建议本实验选用绿色的假连翘叶片：假连翘作为绿化常用树随处可见，且四季长青，取材方便、色素含量高、研磨容易，易成功。但是笔者发现使用合果芋叶片虽然研磨的时候困难，但是其滤液放置一段时间呈黏稠的胶状，划滤液细线不易扩散，容易达到“细、直、齐”的要求。而且合果芋的色素含量非常高，实验结果清晰。因此建议给学生假连翘作为实验材料的同时，教师可以自行制备已研磨充分的合果芋滤液，以便有实验失败或者难以划好滤液细线的学生，可直接使用合果芋滤液。研磨前叶片应剪的细碎些、尽可能的避开主脉。值得注意的是已研磨的滤液保存在棕色的试剂瓶中可以避免色素分解。若条件允许研磨时尽可能避光、速度快，这样效果更好。

2.实验试剂的选用

研磨时，选取假连翘叶片3g，提取液9ml，分两次加入（先加一部分充分研磨至匀浆状，再加入剩余的提取液）；碳酸钙和石英砂（或者二氧化硅）各四分之一药勺。合果芋叶片研磨时选取3g，提取液12ml，分四次加入（最后一次也是研磨完毕时加入）；碳酸钙和石英砂（或者二氧化硅）各四分之一药勺（最小号的

药勺）。

尝试用无水乙醇和丙酮作为提取液，无论使用何种材料，丙酮的提取效果都优于无水乙醇，但是考虑丙酮具有一定的毒性，且使用无水乙醇效果与之差距不大，还是建议使用无水乙醇。

尝试使用20份在60-90℃下分馏出来的石油醚、2份的丙酮和1份的苯混合液、93汽油、四氯化碳对各个实验材料进行层析；发现93汽油的效果最好且保存色素原色的时间最长，混合层析液的效果较差，考虑混合液使用石油醚、丙酮这样有毒性的化学物质，不建议学生实验使用。可以考虑直接使用汽油或者四氯化碳，这样减少了污染和配制药品的麻烦。若考虑汽油的安全性（易燃），则可以选择四氯化碳作为实验材料。

3.制备滤纸条带

将定性滤纸裁成宽1.5cm、长15cm长方形，让学生自己在滤纸的一端剪去对称的两个角，使其宽度变为0.5cm左右，在距离此端约1.5cm处用铅笔划一横线。

滤纸的大小取决于层析的装置，大多学校为了简化操作步骤，往往使用烧杯做层析容器，用培养皿进行封口，这样滤纸条带易粘到烧杯壁，滤液细线也易没入层析液中，造成了层析难度大、效果差。所以笔者进行了多次重复实验后，发现使用改良后的试管装置效果更好，见图2。

4.划滤液细线

采用压片法划滤液细线，即用盖玻片直接沾取滤液，在铅笔细线的位置轻轻的按压即可出现一条滤液细线。沾取时需要将盖玻片在吸水纸上压过1-2次后再划滤液细线，否则盖玻片上滤液过多容易因扩散而导致细线变粗，划过一次后吹干，再划一次，重复5-6次。若选用合果芋为实验材料则可直接按压，合果芋的滤液较黏稠，不易扩散、无需多次重复，可一次划好。也可以用无水的钢笔进行划线，效果也不错。

5.层析装置

使用10ml的试管进行层析，滤纸条带的直径和长度刚好略小于试管，采取悬挂的滤纸条带的方式：将试管塞改用硅胶塞，硅胶塞用剪刀沿直径方向在两侧各剪出一道细缝，将滤纸条的没有剪过角的一端塞入硅胶塞的细缝处（若滤纸条带太薄可将上端折起一点，见图2），注意不要塞的过短，要参照试管大概估算倒入的层析液的量（不能没过滤液细线处）。这样层析液用量减少了，硅胶塞也起到了很好的密闭效果，最重要的是不容易出现滤纸条带贴壁和沉入层析液中的现象。如果实在没有硅胶塞可以考虑用细铁钉插入试管塞（软木塞）一端弯曲，然后用回形针将滤纸条带固定悬挂，注意此时的滤纸条带的长度要进行调整，否则会过长。

6.值得注意的细节

实验完毕后层析液回收到试剂瓶中；研钵、纱布不要洗，避免下组实验时水分残留过多，影响色素提取的结果；未使用的叶片应及时放入冰箱避光保存；实验后的滤纸条应当避光保存。

三、优化实验的特点

1.实验操作简便

选用四季常见的较软的叶片，减少了研磨时间。压片法简化了滤液细线的划法，又能划出“细、直、齐”的滤液细线。层析步骤更简单、更方便，不易失误。

2.实验结果清晰

原实验中，学生分离的色素条带不够清晰，尤其是叶黄素的那条色素带。通过优化材料、试剂及其用量，学生用同样的方法可以轻松地分离出四种色素，且颜色深、条带宽、四种色素界限更为明显，色素条带保存的时间更长了。

3.有益学生身心健康

优化后的实验尽量选取对身体没有毒害、效果好的试剂，减少了学生摄入有毒物质的危险；硅胶塞可以重复利用，节约了实验成本；实验后回收层析液，既减少了试剂对环境的污染，也节约了实验材料。

实验本身就是一种探究，教材只是一种参考，我们要因地制宜地实施实验。如果学生能够体验实验成功的快乐，爱上生物学实验，那么实验就有可能促进学生生物科学素养的提高，而不是让学生“死记硬背”实验，成为一种负担。